안전한 바카라 사이트 물리학의 미해결 문제에 대한 조명!
~ 안전한 바카라 사이트체 헬륨의 흐름 시각화 ~

나고야 대학교 공학 대학원 조교수 Volker Sonnenschein 및 나고야 대학교 과학 대학원 강사 마츠시타 타쿠를 포함한 나고야 대학교J-PARC^{참고 1)}(일본 원자력 기구(JAEA)와 고에너지 가속기 연구 기구(KEK)의 공동 프로젝트), CROSS(중성자 과학 센터) 및 교토 대학으로 구성된 연구 그룹이 소형 휴대용 측정 장치를 개발했습니다안전한 바카라 사이트체⁴그는^{참고 2)}중성자 빔으로⁴그는₂엑시머^{참고 3)}에서 발광 현상을 성공적으로 확인했습니다

난류는 물리학에서 해결되지 않은 문제 중 하나이지만, 이를 이해하려면 안전한 바카라 사이트체 흐름을 연구해야 합니다양자 난류^{참고 4)}주목을 받고 있습니다 연구그룹에서는 중성자를 조사하여 생산합니다⁴그는₂엑시머 그룹추적자^{참고 5)}안전한 바카라 사이트체⁴He의 흐름을 시각화하는 프로젝트를 추진하고 있으며 본 연구에서는⁴그는₂엑시머 시각화를 위한 형광 유도 레이저를 소형화함으로써 중성자 시설과 같은 제한된 환경에서 측정 장치를 휴대하고 이전보다 효율적으로 만들 수 있습니다⁴그는₂엑시머 형광을 관찰할 수 있게 되었습니다 이건 정말 유동적이에요⁴이 결과는 He의 흐름을 완전히 시각화하기 위한 첫 번째 단계입니다

이 연구 결과는 2020년 3월 19일 미국 과학저널 Review of Scientific Instruments에 Editor's Pick으로 게재되었습니다

[포인트]

• 안전한 바카라 사이트체의 양자 난류는 물리학에서 해결되지 않은 문제 중 하나인 난류를 이해하기 위해 주목받고 있습니다
• 거기서 중성자가 생성됩니다⁴그는₂엑시머 그룹을 사용하여 안전한 바카라 사이트체의 흐름을 시각화하는 프로젝트가 진행 중입니다
• 나고야 대학이 이끄는 연구 그룹이 휴대용 엑시머 관측 장치를 개발했습니다
• 우리는 이 장치를 중성자 시설에 설치했고 빔에 의해 생성된 엑시머를 관찰하는 데 성공했습니다

[연구 배경 및 내용]

난기류는 물, 공기 등 빠르게 움직이는 흐름에서 자주 관찰되는 현상으로, 산업 제품 냉각, 항공기 설계 등의 산업부터 대기 흐름과 같은 자연 현상에 이르기까지 모든 분야에 폭넓게 관여하는 현상입니다 우리가 그 움직임을 이해하고 예측할 수 있다면 더 나은 제조 및 날씨 예측과 같은 다양한 분야에서 더 넓은 응용 프로그램을 갖게 될 것입니다 그러나 아직 과학적 이해도가 낮아 '물리학의 미해결 문제' 중 하나로 꼽힌다 난류에 대한 이해를 높이기 위해 현재 안전한 바카라 사이트체 헬륨과보스-아인슈타인 응축^{참고 6)}과 같은 안전한 바카라 사이트체에 존재하는 양자 난류 분야에 대한 관심이 높아지고 있습니다

양자 소용돌이 노트^７）보다 훨씬 크기 때문에 소용돌이의 움직임을 방해하여 안전한 바카라 사이트체 헬륨 자체의 흐름을 정확하게 해석하는 것이 불가능합니다⁴그는₂엑시머는 이러한 문제를 완화할 수 있는 추적자입니다 액체 헬륨의 대부분을 차지함⁴그는 보통 단원자 분자로 존재하지만 강한 전기장이나 방사선과 같은 외부 자극에 의해 여기될 수 있습니다⁴그는₂그것은 엑시머라고 불리는 이원자 분자를 형성합니다⁴그는₂엑시머 상태의 수명은 약 13초이므로, 그 동안 특정 파장의 레이저를 조사하면 형광을 볼 수 있습니다

연구 그룹에서는 중성자 조사에 의해 생성됩니다⁴그는₂엑시머 집단을 추적자로 사용하는 안전한 바카라 사이트동성⁴우리는 He 내부의 흐름을 완전히 시각화하는 프로젝트를 추진하고 있습니다 이 연구에서는 먼저⁴그는₂엑시머 형광을 유도하기 위한 매우 작고 높은 강도Ti:사파이어 펄스 레이저^{참고 8)}의 개발을 통해 (그림 1) 등 중성자 시설 등 제한된 환경에서도 사용할 수 있는 휴대용 측정 장치(그림 2)를 구현했습니다 그걸 이용해서 J-PARC펄스 중성자 빔^{참고 9)}및 교토대학 연구로연속 중성자 빔^{참고 10)}안전한 바카라 사이트체 헬륨으로 변환하고 펄스 레이저를 동시에 조사하여 생성된 형광을 측정했습니다 얻은 형광은 필터로 불필요한 빛을 제거한 후 약한 빛을 감지할 수 있는 장치를 사용하여 측정됩니다 데이터에 따라 개발된 알고리즘을 사용하여 노이즈를 제거하고(그림 3) 펄스 레이저 이후에 빛이 방출될 확률을 도출합니다⁴그는₂엑시머로 인해 발생한 것으로 확인되었습니다 중성자는 액체 헬륨에 소량 존재합니다³He와 반응하여 하전 입자를 방출함⁴He를 자극하는 것 외에도 빔의 감마선에 의해⁴그는 흥분하고 있습니다⁴그는₂엑시머가 형성되었습니다 앞으로는³그로부터⁴그는₂엑시머의 수를 늘리면 안전한 바카라 사이트체 헬륨의 흐름을 시각화하는 것이 가능할 것으로 예상됩니다 이번 연구에서 실증한 측정장치의 개발은⁴이 결과는 He의 흐름을 완전히 시각화하기 위한 첫 번째 단계입니다

*이 연구는 JSPS 과학 연구 보조금(A) ``양자 난류 및 통계법칙의 보편성 설명''(19H00747, 수석 연구원: Yoshiyuki Tsuji)의 지원을 받았습니다

[결과의 중요성]

이 그룹은 이 장치를 사용하여 안전한 바카라 사이트체 헬륨 양자 난류에서 일정한 흐름 구성 요소의 동작을 시각화하고 양자 난류 메커니즘을 설명하는 것을 목표로 합니다 본 연구를 통해 얻은 지식은 해결되지 않은 문제가 많았던 기존의 난류 연구에 파급효과를 미칠 것이며, 예를 들어 태양 등 천체에 대한 연구, 비행기의 풍동 실험과 같은 산업적 응용, 일상 지역의 일기예보 정확도 향상 등으로 이어질 것입니다 또한, 안전한 바카라 사이트체의 열은 일반 유체 성분에 의해 전달되므로 안전한 바카라 사이트체 헬륨의 열 흐름을 시각화할 수 있으며, 이는 강한 자기장을 갖는 대형 자석을 냉각하는 데 사용되며 저온 장비의 안전 설계와 같은 실용적인 응용 분야에 적용할 수 있습니다 또한 이 기술은 헬륨 내 중성자 반응을 가시화해 암흑물질 등 외부에서 오는 미지 입자의 탐지기로도 활용될 수 있을 것으로 기대된다

[용어 설명]

주 1) J-PARC

이것은 이바라키 현 토카이 마을에 있는 고에너지 가속기 연구 기구와 바카라 커뮤니티이 공동으로 운영하는 대규모 연구 시설로, 입자 물리학, 핵 물리학, 응집 물질 물리학, 화학, 재료 과학, 생물학 분야의 학술 연구부터 산업 분야의 응용 연구에 이르기까지 광범위한 분야에서 세계 최고의 연구가 수행되고 있습니다 J-PARC 내 소재 및 생명 과학 실험 시설은 세계에서 가장 강한 중성자 빔과 뮤온을 사용하여 연구를 수행하며 전 세계의 연구자들을 끌어 모으고 있습니다

주 2) 안전한 바카라 사이트체

유체에 마찰 저항이 없는 상태입니다 예를 들어 고리 모양으로 흐르게 하면 결코 멈추지 않는 영구적인 흐름을 만들 수 있습니다 이는 보스-아인슈타인 응축(주 6 참조)으로 인해 단일 상태를 공유하는 입자가 집단 운동 상태에 있어서 개별적으로 에너지를 전달할 수 없기 때문에 발생하는 것으로 생각됩니다 보존 입자이다⁴그는 217K 아래에서 이 상태로 전환합니다 또한 MRI 등에 사용되는 초전도성은 전자가 안전한 바카라 사이트체 상태에 있을 때를 말한다

참고 3)⁴그는₂엑시머

가장 낮은 에너지 궤도가 전자로 채워져 있는(닫힌 껍질) 희가스 원자는 일반적으로 분자를 형성하지 않지만, 일부 전자가 더 높은 에너지 궤도로 여기되어 없어지면 분자를 형성할 수 있습니다 이렇게 일시적으로 생성된 분자를 엑시머(여기된 분자)라고 합니다 희가스인 헬륨 원자(⁴그는) 또한 외부에서 에너지를 받으면 불안정해지며, 두⁴그가 합류합니다⁴그는₂그것은 엑시머라고 불리는 분자를 형성합니다

주 4) 양자 난류

일반적인 난류에는 다양한 크기의 소용돌이가 있고 매우 복잡하지만, 안전한 바카라 사이트체 소용돌이에서는 양자 역학적 특성으로 인해 가장 작은 단위(양자 소용돌이, 참고 7 참조)가 존재합니다 안전한 바카라 사이트체 상태의 난류는 많은 양자 소용돌이가 얽혀 있는 상태로 생각되며, 양자 난류라고 부른다 이번 연구는 와류를 안정적으로 유지하고 하나씩 계산할 수 있어 일반적인 난류유동에 비해 다루기가 쉽고, 정상적인 난류유동에 대한 이해를 높일 수 있다는 점에서 주목받고 있다

주 5) 트레이서

일반적으로 육안으로는 볼 수 없는 흐름을 시각화하기 위해 유체에 입자가 도입되었습니다 요구되는 것은 흐름 자체에 거의 영향을 주지 않고, 최대한 충실하게 흐름을 따라가는 것입니다 전하가 없으며 분자 크기입니다⁴그는₂엑시머는 이 점에서 안전한 바카라 사이트체의 정상적인 흐름 성분 흐름에 대한 매우 훌륭한 추적자라고 할 수 있습니다

주 6) 보스-아인슈타인 응축

입자는 보존과 페르미온의 두 가지 유형으로 분류되며 서로 다른 통계적 동작을 갖습니다 그들은 일반적으로 다양한 양자 역학적 운동 상태를 취하지만 보존 입자가 특정 온도 이하로 냉각됨에 따라 많은 입자가 가장 낮은 에너지를 갖는 하나의 상태를 취하게 됩니다 이것을 보스-아인슈타인 응축이라고 합니다 안전한 바카라 사이트동성은 보스-아인슈타인 응축에 의해 발생하는 것으로 생각됩니다

주 7) 양자 소용돌이

소용돌이는 완벽한 초전도성 또는 안전한 바카라 사이트체 상태로 존재할 수 없습니다 그러나 안전한 바카라 사이트체 상태가 아닌 미세한 코어가 내부에 생성되면 안전한 바카라 사이트체는 소용돌이처럼 회전하고 그 주위를 흐를 수 있습니다 그곳의 흐름 속도는 양자 역학에 의해 완전히 결정되며 양자 소용돌이라고 불립니다

주 8) Ti:사파이어 펄스 레이저

⁴그는₂엑시머는 파장 905nm의 레이저 펄스에 노출되면 여기되고, 흥분되면 형광을 방출합니다 본 연구에서는 905 nm의 파장에서 진동하는 소형 Ti:Sapphire 펄스 레이저 소스를 개발하여 중성자 소스 시설에서 실험에 사용했습니다

주 9) 펄스 중성자빔

J-PARC와 같이 양성자를 펄스 방식으로 가속하는 가속기를 사용하는 중성자 소스에서는 양성자 빔이 목표물에 진입하는 것과 동시에 중성자가 생성되므로 시간이 지남에 따라 연속적으로 생성되지 않는 펄스 중성자 빔이 생성됩니다 측정자는 이 시간 구조를 사용하여 중성자의 에너지와 빛 방출의 시간 구조를 평가하는 데 도움을 줍니다 본 실험에서는 J-PARC의 중성자 빔라인 BL22를 사용했습니다

주 10) 연속 중성자빔

펄스형 중성자빔과 달리 시간이 지남에 따라 지속적으로 생성되는 중성자빔입니다 주로 연구용 원자로에서 생성된 중성자는 연속 중성자 빔으로 측정에 사용됩니다

[논문 정보]

잡지명: Review of Scientific Instruments

논문 제목: 생성 및 이미징을 위한 실험 설정⁴그는_2∗중성자를 통한 안전한 바카라 사이트체 헬륨-4의 엑시머 클러스터 추적자-³그 흡수 반응

저자: V Sonnenschein, 쓰지 요시유키, 쿠니리 마사마, 쿠보 준, 스즈키 하야오, 토미타 히데오, 오니야기 요시아키, 이구치 테츠오(나고야 대학교 공학 대학원), 마츠시타 타쿠, 와다 노부오, 키타구치 마사아키, 시미즈 히로히코, 히로타 카츠야(이학 대학원, 나고야 대학), 시노하라 다케히사, 히로이 코스케(J-PARC 센터), 하야시다 히로토시(CROSS 중성자 과학 센터), W Guo(국립 고자기장 연구소), 플로리다 주립대학, 이토 다이스케, 사이토 야스시(교토대학 종합연구소)

DOI：101063/15130919